N-methyl-N-nitrosourea ถูกใช้หลักๆ ในงานวิจัยเป็นสารอัลคิลเลติ้งเอเจนต์ที่มีฤทธิ์แรงเพื่อเหนี่ยวนำการกลายพันธุ์ในการศึกษาพันธุกรรม มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิจัยมะเร็งสำหรับสร้างโมเดลสัตว์ทดลองของเนื้องอก ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกการเกิดมะเร็งและทดสอบการแทรกแซงทางบำบัดที่เป็นไปได้ นอกจากนี้ ยังนำมาใช้ในชีววิทยาโมเลกุลเพื่อศึกษากระบวนการซ่อมแซม DNA และผลกระทบของความเสียหาย DNA ต่อการทำงานของเซลล์ เนื่องจากมีปฏิกิริยาสูงและเป็นสารก่อมะเร็ง จึงต้องจัดการด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่งและใช้เฉพาะในห้องปฏิบัติการที่ควบคุมอย่างเข้มงวดเท่านั้น